几种电压比较器的说明和比较

.集成运放组成的电压比较器 1.功能及应用：主要用来判断输入信号电位之间的相对大小，它至少有两个输入端及一个输出端，通常用一个输入端接被比较信号Ui，另一个则接基准电压VR定门限电压(或称阀值)的UT。输出通常仅且仅有二种可能即高、低二电平的矩形波，应用于模数转换，波形产生及变换，及越限警等。2.运放的工作状态：开环和正反馈应用：运放在线性运用时，由于开环增益一般在105以上，所以其对应的输入的线性范围很小，Ui数量级，为了拓宽其线性范围就必须引入负反馈，降低其开环增益。而比较器则希望其输入的线性范围越小越好(即比较灵敏度越高)采用开环或使开环增益更高的正反馈应用。在这儿有必要重复展现运放开环电压传输特性。见图8.2.1，请注意横、纵坐标标度的不同(1)从途中可化称(2)若Ui发出变化，使Uo从负波饱和值突变到正饱和值，只在经过极窄的线性区时，才遵循在线性工作时才特有的“虚短”，其它时刻“虚短”不复存在。(3)若横坐标采用与纵坐标相同的标尺，则线性部分特性与纵轴合拢。(4)若用正反馈使Aod，则可缩短状态的转换时间。3.分类：(1)单限比较器(2)迟滞比较器(Schmitt)(3)双限比较器(窗口比较器)二.单限比较器1.Ui与UR分别接运放两输入端的开环串接比较器，见图8.2.2UiURUo=+UomUi0时，即Uo=+Uom当Uoc0时，即Uo=-Uom可见若把运放的同相端与反相端互换，则与图8.2.2(b)类同三.迟滞比较器(正反馈比较器)其特点 抗干扰能力较强。在单限比较器种，如果Ui受到干扰，在阀值附近回出现Ui+Ui(干扰信号多出现在阀值电压上，下波动，以致出现条纹误翻转，而迟滞比较器利用其传输特性的回差电压，输入的干扰信号不能使状态误翻转。1.两种迟滞比较器的传输特性见图8.2.4动画演示迟滞比较器在单调区间内只能变化一次；对于反相：Ui从小变到大时，Uo一直为高电平，只有当Ui到达上门限电压时，Uo翻转为低电平，之后随着Ui不断增大，Uo始终为低；在Ui减小时，必须减到下门限电压时，Uo才会翻转为高电平对于同相：Ui从小变到大时，Uo一直为低电平，只有当Ui到达上门限电压时，Uo翻转为高电平，之后随着Ui不断增大，Uo始终为高；在Ui减小时，必须减到下门限电压时，Uo才会翻转为低电平同相型：Ui接运放同相端反相型：Ui接运放反相端均由二根传输特性(1)，(2)合成，同相型.当Ui从低值UTH，Uo从UOLUOH；当Ui从高值UTL时，Uo从UOHUOL。 反相型则类同。UTH，UTL为二个阀值，UT(回差)UTHUTL|UOH|=|UOL|或|UOH|UOL|根据输出是否有箝位电路而定。2.二种基型迟滞比较器(1)反相型迟滞比较器见图8.2.5Ui=U，Uo被箝位在UZ，避免运放计入过饱和。假设Ui在足够低时，UiU+，Uo=Uoff=+UZ(始终稳定)此时当Ui从低值若UiU+时，Uo从+UZ-UZ此时当Ui从高值至Ui，Uo从-UZ+UZ门限宽度UT=UTH-UTL=当UR=0时，Ui无论从足够低或足够高单调增加或单调减少，Uo仅翻转一次，即过了阀值后就维持在一种稳态。因为当过阀值电压后，Uo从低变为高或从高变为低了，正反馈到Ur（Uth）端，使该阀值电压变高或变低了。只要门限宽度UT=UTH-UTL幅度大于UI 在阀值电压波动的幅度，Uo就不会翻转了，所以比单限比较器抗干扰能力强多了。(2)同相迟滞比较器见图8.2.6注：Ui 和Ur 的位置应该互换一下UTL=U设Ui足够低，使U+ U=UR，Uo=UoL=-UZ(初始稳态)若要使Uo从-UZ上升到+UZ，必须使Ui，以致使U+U=UR才行，而此时对应UR的Ui=UTH当Ui从低值，使即此时Uo从-UZ+UZ当Ui从高值，使时所对应的Ui=UTL即此时Uo从+UZ-UZ同上面反相型类同，Ui单调升或单调降，Uo只改变一次状态，过了阀值后只维持在一种稳态上。我的理解：首先求出阀值电压；阀值电压是在放大器处在线性区域时求得的，不过在正反馈中，线性区域很窄。在该区域，才可以用到虚断和虚短的概念。（在正反馈状态下，只有在输出电压发生跳变瞬间，集成运放两个输入端之间的电压才可近似等于0，才能用到虚断和虚短的）Vp=Vn=UrVr=R1*Ui/(R1+R2)+ R2*Uo/(R1+R2) （1）而门限电压是对于输入电压来说的，当输入电压大于或小于这个Uth时，输出就会有跳变。所以 当Ui= Uth时，这时的输入电压就是门限电压：而由（1）式可求出，Uth=Ui=Ur(R1+R2)/R1 R2Uo/R1，(Uo=+-Uz)四.双限比较器(窗口比较器)其特点是Ui单调升或单调降，Uo均有两次突变，与单限比较器和迟滞比较器有区别，因此它可以判别Ui是否在两个电平之间。它实际上由二个单限开环比较器组成，D1，D2作用为隔断，Uo1，Uo2连接通路，避免Uo1，Uo2极性相反时，互为对方提供低阻通路而造成运放损坏。UiURL(URH(URL)URLUiURH采用上面窗口比较器可以区分三极管是否在需要范围内，比如记为合格范围为50100，其它100均要取出，则可用发光二极管亮表示一种越限极警，不亮记为可通过即合格。改接一下上述输入输出回路即方便可得分析上面的等效三极管电路，e端接15